Warum sind Teleobjektive so kurz?
Zugegeben, wirklich kurz sind Teleobjektive ja nicht, aber eben auch nicht so lang wie ihre Brennweite. Wie ist das möglich?
Canons RF 800mm F11 IS STM zum Beispiel: Das Objektiv hat eine Brennweite von 800 mm, ist aber nur 351,8 mm lang. Selbst wenn man das Auflagemaß von 20 mm addiert, sind das nur etwa 372 mm, weniger als die Hälfte der Brennweite. Bei Spiegellinsenobjektiven wäre der Grund offensichtlich: Das Licht passiert die Frontlinse, trifft auf einen Hohlspiegel, wird zu einem Sekundärspiegel hinter der Frontlinse reflektiert und von diesem durch eine Öffnung im Hauptspiegel auf den Sensor gelenkt. Aufgrund des gefalteten Strahlengangs kann so ein Objektiv sehr kurz gebaut sein. Das RF 800mm enthält aber keine Spiegel.
Die Brennweite heißt Brennweite, weil sie der Abstand zwischen einer Sammellinse und dem Brennpunkt ist – dem Punkt, zu dem parallele Lichtstrahlen gebrochen werden. Zur Fokussierung auf Unendlich muss die Distanz zwischen Linse und Sensor gleich der Brennweite sein, für Motive in kürzerer Entfernung noch länger, und so wäre zu erwarten, dass ein Objektiv mindestens so lang ist wie seine Brennweite – abzüglich des Auflagemaßes, also dem Teil des Strahlengangs, der im Kameragehäuse liegt.
Bestünde ein Teleobjektiv nur aus einer Sammellinse, dann würde das auch stimmen, aber schon zur Korrektur von Abbildungsfehlern sind mehrlinsige Konstruktionen nötig. Von welchem Punkt aus muss nun die Brennweite gemessen werden – von der Frontlinse, der Hinterlinse oder irgendwo dazwischen? Tatsächlich kann dieser Punkt überall, also auch vor oder hinter dem Objektiv liegen.
Im allgemeinen Fall ist Brennweite der Abstand zwischen der sogenannten bildseitigen Hauptebene des Objektivs und dem Brennpunkt. Dort, wo diese Hauptebene (es gibt noch eine weitere, die gegenstandsseitige Hauptebene) die optische Achse schneidet, liegt normalerweise der Nodalpunkt. Oder vielmehr einer der beiden Nodalpunkte; der andere liegt dort, wo die gegenstandsseitige Hauptebene die optische Achse schneidet. Wo nun die bildseitige Hauptebene liegt, kann man sich veranschaulichen, wenn man die parallelen Lichtstrahlen, die auf das Objektiv treffen, in gerader Linie verlängert, und ebenso die Strahlen, die hinter dem Objektiv zum Brennpunkt gebrochen werden. Dort, wo sich die verlängerten Linien treffen, liegt die bildseitige Hauptebene:
Teleobjektive haben einen speziellen Aufbau, der ihre Länge verkürzt. Hinter einer Sammellinse mit kurzer Brennweite liegt eine Zerstreuungslinse, die die Gesamtbrennweite des Objektivs verlängert.
Die bildseitige Hauptebene und der zweite Nodalpunkt liegen noch vor der Frontlinse, und daher kann die von dort aus gemessene Brennweite länger als das Objektiv sein – beziehungsweise umgekehrt das Objektiv kürzer als seine Brennweite.
Das jedenfalls gilt für Teleobjektive. Nicht jedes Objektiv mit langer Brennweite ist ein Teleobjektiv, hat also diese Telefokus-Konstruktion, aber das sind Ausnahmen, die man schon an ihrer großen Baulänge erkennt.
Es ist doch auch so, dass (z.B. bei Vollformatkameras) Weitwinkelobjektive nicht so kurz wie deren Brennweite ist, also wäre das genau so eine Milchmädchenrechnung.
Man kann ja allein aus den manchmal öffentlich ersichtlichen Schemazeichnungen von Objektiven erkennen, dass einem auch als interessierten Laien nicht wirklich verständlich ist, was und wie Spezialisten aus Kombinationen von Glasmischungen und präzisem Schliff machen. Denn immerhin müssen die von Physikern entdeckten und formulierten Brechungsgesetze mit vom Marketing vorgegebenem Preislimit unter einen Hut gebracht werden.
Stimmt, bei vielen Weitwinkelobjektiven ist es umgekehrt – sie sind länger als ihre Brennweite. Dabei handelt es sich um Retrofokus-Konstruktionen, die das genaue Gegenteil der Telefokus-Konstruktionen sind, die ich hier beschrieben habe. Auch Retrofokus-Objektive bestehen grundsätzlich aus einer Sammellinse und einer Zerstreuungslinse, nur befindet sich die Zerstreuungslinse vorne und die Sammellinse hinten. Das Ergebnis ist, dass die bildseitige Hauptebene nicht wie beim Teleobjektiv noch vor der Frontlinse liegt, sondern hinter der Hinterlinse. Da die Brennweite erst ab der bildseitigen Hauptebene gemessen wird und sich alle Linsen des Objektivs plus der Abstand zwischen Hinterlinse und Hauptebene noch davor befinden, ist das Objektiv insgesamt sehr lang.
Früher hat man solche Konstruktionen vor allen deshalb gewählt, weil man anders keine Weitwinkelobjektive für Spiegelreflexkameras bauen konnte. Bei einer Spiegelreflexkamera muss ja der Rückschwingspiegel Platz zwischen Hinterlinse und Sensor oder Film finden, und bei kurzen Brennweiten ist eine Retrofokus-Konstruktion nötig, um diesen Platz zu schaffen.
Bei Objektiven für spiegellose Kameras wäre das meist unnötig, und man könnte Weitwinkelobjektive auch viel kürzer bauen. In den letzten Jahren gab es aber den Trend, auch dann zu voluminösen Retrofokus-Konstruktionen zu greifen, wenn das technisch gar nicht nötig ist. Der Grund besteht darin, dass diese Konstruktionen Vorteile bei der Bildqualität bringen, denn der große Abstand zwischen Hinterlinse und Sensor führt dazu, dass die Lichtstrahlen in einem steilen Winkel auf den Sensor treffen.